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Der Doppler-Effekt

Allgemeines:
Im Kapitel "Mechanik - Schalldruck" ist der Begriff Doppler-Efekt bereits einmal aufgetreten. Somit zeigt sich, dass der sog. Doppler-Effekt nicht nur in der Optik bei Lichtwellen zu finden ist. Allgemein handelt es sich bei dem Doppler-Effekt um einen physikalischen Vorgang, bei dem sich die Wellenlänge eines Signals ändert, wenn sich Sender und/oder Empfänger bewegen. Der Begriff "Doppler-Effekt wird auf den Entdecker, den österreichischen Physiker Christian Doppler zurückgeführt (Anmerkung: Der Doppler-Effekt wurde nicht im Schallbereich, sondern im optischen Bereich entdeckt).
 

Was ist der Doppler-Effekt:
Laut dem Doppler-Effekt gilt, dass wenn sich Sender und (ruhender) Empfänger aufeinander zu bewegen, die Wellenlänge (des Signals, dass vom Sender ausgeht) verkürzt wird. Entfernen sich hingegen Sender und (ruhender) Empfänger voneinander, so vergrößert sich die Wellenlänge (man kann auch die Frequenz des Signals untersuchen). 
 

Berechnung des Doppler-Effektes:
Bei der Berechnung, wie sich die Wellenlängen oder Frequenzen verändern, muss man unterscheiden, ob sich die Quelle bewegt und der Empfänger ruht oder ob sich der Empfänger bei ruhender Quelle bewegt.

Einfachster Fall: Die Verschiebung der Wellenlänge bzw. Frequenz des Signals (bei bewegter Quelle und ruhendem Empfänger) kann auch mit Hilfe einer Formel wiedergegeben werden (unter der Voraussetzung, dass die Bewegungsgeschwindigkeit v klein gegen die Signalausbreitungsgeschwindigkeit c). So gilt für die  Frequenzverschiebung gegenüber der Ruhefrequenz folgender Zusammenhang:

Hierbei spielt keine Rolle, ob es sich bei dem Signal um Schallwellen oder Lichtwellen handelt.
 
 

Wo ist der Doppler-Effekt möglich:
Wie bereits beschrieben ist der Doppler-Effekt nicht nur in der Optik zu finden, sondern in jedem Bereich, wo ein Signal, das von einer Quelle ausgehend einen Empfänger erreicht. Denn jedes Signal besteht aus Wellen.

Viele kennen den Doppler-Effekt aber aus der Optik, da der Doppler-Effekt deutlich sichtbar wird (in Form einer Rot- oder Blauverschiebung). Dies lässt sich dadurch erklären, dass bei Lichtwellen eine Verschiebung der Frequenz auch eine Änderung der Farbe des Lichts zu Folge hat. So gilt, dass wenn sich Signalquelle und Beobachter voneinander entfernen, es zu einer Rotverschiebung kommt (Wellenlänge steigt).  Nähern sich Signalquelle und Beobachter an, so kommt es zu einer Blauverschiebung (Wellenlänge wird kürzer).  Somit lässt sich erklären, dass bei sich fortbewegenden Sternen die Spektrallinien nach Rot und bei sich nähernden Sternen nach Blau verschoben werden.
 
 

Was ist noch wichtig über den Doppler-Effekt zu wissen:
Wie bereits oben erwähnt, gibt es zwei Möglichkeiten, dass eine Signalquelle sich auf einen zu bewegt oder dass man sich einer ruhenden Signalquelle nähert. In beiden Fällen tritt der Doppler-Effekt auf und führt zu einer Frequenzänderung des Signals.

  • Bewegte Signalquelle - ruhender Empfänger: Nähert sich eine Signalquelle einem (ruhenden Empfänger), so bedeutet dies, dass die Wellenberge in kürzeren Abständen beim Empfänger eintreffen, d.h. die Wellenlänge wird kleiner. Das bedeutet aber auch, dass bei fester Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals die Frequenz größer wird.
  • Ruhende Signalquelle - bewegter Empfänger: Hier ändert sich die Wellenlänge des von der Quelle ausgesendeten Signals nicht. Die Frequenzverschiebung kommt durch die Bewegung des Empfängers zustande.


weiterführende Informationen auf Lernort-Mint.de


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